辐射探测实验三实验报告.pdf

用NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪辨识未知源

核01成昱廷
学号：2010011739同组同学：范亚芳

一、实验目的：

1、了解闪烁谱仪的工作原理，学习调整闪烁谱仪的实验技术。

2、掌握测谱技术及分析简单γ能谱的方法。

3、掌握谱仪能量分辨率及能量线性的测量方法。

4、学习谱仪应用的实例——辨别未知源的方法。

二、实验内容：

1、熟悉线性放大器与单道脉冲幅度分析器，以及计算机多道脉冲幅度分析器的使用，调整

谱仪至正常工作状态。

2、选择合适实验条件，用单道测量137Cs的γ能谱，确定单道系统的能量分辨率。

3、利用多道脉冲幅度分析器测量137Cs源及60Co源的全谱；刻度谱仪能量线性，确定能量

分辨率、峰康比；对137Cs的γ能谱进行谱形分析并与理论比较。

4、测量未知源的γ能谱，确定峰位的能量，进而辨别未知源。

三、实验原理：

1、NaI(T1)单晶γ谱仪简介：

NaI(T1)单晶闪烁谱仪由一块NaI(T1)闪烁体、光电倍增管、射极输出器和高压电源以及

线性脉冲放大器、单道脉冲幅度分析器(或多道分析器)定标器等电子学设备组成，示意图见

图3。

γ射线入射闪烁体内，产生次级电子，使闪烁体内原子电离、激发后产生荧光。这些光

信号被传输到光电倍增管的光阴极，经光阴极的光电转换和倍增极的电子倍增作用而转换成

电脉冲信号，它的幅度正比于该次级电子能量，再由所连接的电子学设备接受放大、分析和

记录。

这种谱仪对γ射线的探测效率高、分辨时间短、价格相对便宜。可用来测量射线的通量

密度，也可用来对辐射进行能量分析，在核物理研究及核技术应用的各领域中广泛使用。
单道脉冲自动
幅度分析器
定标器

源闪射极线性脉冲
光电多道脉冲
烁输出
倍增管放大器幅度分析器

体
器

高压电源
示波器

图1Nal(T1)闪烁谱仪装置示意图

2、单能γ谱的谱形分析方法：

谱仪测得的是脉冲数按幅度的分布，即脉冲幅度谱，简称脉冲谱，一般提到谱仪测得γ

谱均系指此脉冲谱。必须经过数据处理后才能得到γ射线强度按能量的分布即γ能谱。γ射

线在闪烁体中通过光电效应、康谱顿效应及电子对效应产生能量各不相同的次级电子或正电

子，因此，即使对于单能γ射线，输出的脉冲幅度也分布在一个很宽的范围内。分布形状与

三种作用各自的作用截面有关，故与γ射线能量和闪烁体种类有关，也与闪烁体尺寸以及源

与探测器距离等实验条件有关。

光电效应产生的光电子动能EpEBi，Bi是第i层电子的结合能。在打出第i层电

子的同时，外层电子跃迁填补i层空穴而放出特征X射线，一般此X光子也通过光电效应

而被闪烁体吸收，这两个过程几乎同时发生。因此，入射光子产生光电效应时，闪烁体吸收

的能量几乎等于Eγ，从而输出脉冲幅度直接反映了γ射线的能量，谱峰被称为全能峰。

3、闪烁谱仪的主要指标——能量分辨率及能量线性：

闪烁探测器输出脉冲的形成过程中存在着统计涨落，即使对于单一能量的带电粒子，输

出脉冲幅度也有一个分布，近似为高斯形的对称分布。分布曲线最大值一半处的全宽度对应

的能量E称为半宽度即FWHM。半宽度反映了谱仪分辨相邻能量粒子的本领。但是半宽

度和能量有关，所以用相对分辨本领来定义谱仪的能量分辨率，即
E
(1)
E
可以证明闪烁探头的能量分辨率与能量之间近似有下述关系：

1E(2)
通常，NaI(T1)单晶γ谱仪的能量分辨率是指对137Cs的0.662MeV单能γ射线的分辨率

而言，值一般为10%左右，最好可达6-7%。能量线性是指谱仪的输出脉冲幅度与带电粒

子能量之间的对应关系是否有线性关系。通常电子学系统的零点和积分线性可以仔细调整，

所以非线性主要来自闪烁探头。NaI(T1)晶体在较宽的能量范围内(150-1500kev)平均脉冲幅

度与γ射线能量的关系偏离直线不大，光电倍增管需要仔细选择与调整。为检查谱仪的能量

线性，实验上通常是利用系统γ标准源，在相同的实验条件下，测得它们的脉冲谱，用作图

或用最小二乘拟合方法建立已知γ射线能量与对应的全能峰位的关系，即得到能量刻度曲

线，通常是一条不通过原点的直线，数学表示式是：

E()XppGXE0(3)

其中：Xp是全能峰位(道或伏)；E0为截距，即谱仪零道或单道甄别阈值为零伏时所对应的

能量（能量单位，例如keV）；G为直线斜率，亦称增益，即每道或每伏对应的能量间隔(例

如，keV/道或V道)，能量刻度可简单地用标准源137Cs(0.662MeV)和60Co(1.17和1.33MeV)

标定。

4、辨别未知源

对谱仪进行能量刻度后，在同样的实验条件下测量未知γ源的脉冲谱，通过谱形分析确

定各γ射线的全能峰峰